ISSN 1608-4039 (Print)
ISSN 1680-9505 (Online)

Для цитирования:

Десятов А. В., Асеев А. В., Чайка М. Ю., Емец В. В., Беседин В. В., Крюков А. Ю., Морозов А. Н., Булавина Е. В., Денисенко А. В., Шибанов Н. А. Катодный материал на основе LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 и активированного угля для гибридных накопителей энергии // Электрохимическая энергетика. 2021. Т. 21, вып. 2. С. 86-95. DOI: 10.18500/1608-4039-2021-21-2-86-95, EDN: EFBNEX

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 199)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Щелочные аккумуляторы
Тип статьи: 
Научная статья
DOI: 
10.18500/1608-4039-2021-21-2-86-95
EDN: 
EFBNEX

Катодный материал на основе LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 и активированного угля для гибридных накопителей энергии

Авторы: 
Десятов Андрей Викторович, Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева
Асеев Антон Владимирович, ООО «Глобал СО»
Чайка Михаил Юрьевич, ООО «Глобал СО»
Емец Виктор Владимирович, Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН
Беседин Владимир Викторович, ООО «Глобал СО»
Крюков Александр Юрьевич, Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева
Морозов Александр Николаевич, Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева
Булавина Екатерина Владимировна, ООО «Глобал СО»
Денисенко Андрей Викторович, ООО «Глобал СО»
Шибанов Николай Александрович, ООО «Глобал СО»
Аннотация: 

Проведено исследование структуры и удельных электрохимических характеристик смесевого катодного материала на основе молотого LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 (NMC111) и высокопористого активированного угля YEC-8B. Смесевой материал, содержащий 35 мас. % NMC111 и 65 мас. % YEC8B (в расчете на массу активных материалов), обладает удельной ёмкостью на  ? 70% выше по сравнению с катодным материалом на основе чистого угля YEC-8B. Показано, что при циклировании литий-ионного суперконденсатора с катодом на основе указанного смесевого материала при высоких плотностях тока не происходит значительных изменений электрохимических характеристик материала. Продемонстрировано, что такой тип катодного материала обладает двумя преимуществами: при низких плотностях тока он проявляет зарядно-разрядные свойства катодного материала литий-ионного аккумулятора с высокой удельной энергией, а при высоких плотностях тока – функционирует как материал суперконденсатора с высокой удельной мощностью.

Ключевые слова: 
активированный уголь YEC-8B
LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O? (NMC111)
гибридный катодный материал
литий-ионный суперконденсатор
удельная ёмкость
удельная энергия
Список источников: 

1. Li B., Zheng J., Zhang H., Jin L., Yang D., Lv H., Shen C., Shellikeri A., Zheng Y., Gong R., Zheng J. P., Zhang C. Electrode Materials, Electrolytes, and Challenges in Nonaqueous Lithium-Ion Capacitors // Advanced Materials. 2018. Vol. 30, iss. 17. Article 1705670. https://doi.org/10.1002/adma.201705670

2. Nitta N., Wu F., Tae Lee J., Yushin G. Li-ion battery materials : present and future // Materials Today. 2015. Vol. 18, iss. 5. P. 252–264. https://doi.org/10.1016/j.mattod.2014.10.040

3. Zhao J., Burk A. F. Review on supercapacitors : Technologies and performance evaluation // Journal of Energy Chemistry. 2021. Vol. 59. P. 276–291. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.11.013

4. Cericola D., Novak P., Wokaun A., Kotz R. Segmented bi-material electrodes of activated carbon and LiMn2O4 for electrochemical hybrid storage devices : Effect of mass ratio and C-rate on current sharing // Electrochimica Acta. 2011. Vol. 56, iss. 3. P. 1288–1293. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2010.10.016

5. Wang F., Xiao S., Hou Y., Hu C., Liu L., Wu Y. Electrode materials for aqueous asymmetric supercapacitors // RSC Advances. 2013. Vol. 3. P. 13059–13084. https://doi.org/10.1039/C3RA23466E

6. Cericola D., Kotz R. Hybridization of rechargeable batteries and electrochemical capacitors : Principles and limits // Electrochimica Acta. 2012. Vol. 72. P. 1–17. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.03.151

7. Cericola D., Ruch P. W., Kotz R., Novak P., Wokaun A. Characterization of bi-material electrodes for electrochemical hybrid energy storage devices // Electrochemistry Communications. 2010. Vol. 12, iss. 6. P. 812–815. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2010.03.040

8. Li G., Yang Z., Yin Z., Guo H., Wang Z., Yan G., Liu Y., Lic L., Wang J. Non-aqueous dual-carbon lithium-ion capacitors : A review // Journal of Materials Chemistry A. 2019. Vol. 7, iss. 26. P. 15541–15563. https://doi.org/10.1039/C9TA01246J

9. Sun X., Zhang X., Huang B., Zhang H., Zhang D., Ma Y. (LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 + AC) / graphite hybrid energy storage device with high specific energy and high rate capability // Journal of Power Sources. 2013. Vol. 243. P. 361–368. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.06.038

10. Cao W. J., Zheng J. P. Li-ion capacitors with carbon cathode and hard carbon/stabilized lithium metal powder anode electrodes // Journal of Power Sources. 2012. Vol. 213. P. 180–185. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.04.033

11. Pasquier A. D., Plitz I., Gural J., Badway F., Amatucci G. G. Power-ion battery : Bridging the gap between Li-ion and supercapacitor chemistries // Journal of Power Sources. 2004. Vol. 136, iss. 1. P. 160–170. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2004.05.023

12. Rong C., Chen S., Han J., Zhang K., Wang D., Mi X., Wei X. Hybrid supercapacitors integrated rice husk based activated carbon with LiMn2O4 // Journal of Renewable and Sustainable Energy. 2015. Vol. 7. Article 023104. https://doi.org/10.1063/1.4913965

13. Sun X., Zhang X., Zhang H., Xu N., Wang K., Ma Y. High performance lithium-ion hybrid capacitors with pre-lithiated hard carbon anodes and bifunctional cathode electrodes // Journal of Power Sources. 2014. Vol. 270. P. 318–325. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.07.146

14. Hagena M., Caod W. J., Shellikeria A., Adamsa D., Chend X. J., Brandta W., Yturriagaa S. R., Wu Q., Read J. A., Jow T. R., Zheng J. P. Improving the speci?c energy of Li-Ion capacitor laminate cell using hybrid activated Carbon/LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 as positive electrodes // Journal of Power Sources. 2018. Vol. 379. P. 212–218. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.01.036

15. Pandolfo A. G., Sivakkumar S. R., Nerkar J. Y. Rate capability of graphite materials as negative electrodes in lithium-ion capacitors // Electrochimica Acta. 2010. Vol. 55, iss. 9. P. 3330–3335. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2010.01.059

16. Bockenfeld N., Placke T., Winter M., Passerini S., Balducci A. The influence of activated carbon on the performance of lithium iron phosphate based electrodes // Electrochimica Acta. 2012. Vol. 76. P. 130–136. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.04.152

17. Chen S., Hu H., Wang C., Wang G., Yin J., Cao D. (LiFePO4 – AC) / Li4Ti5O12 hybrid supercapacitor : The effect of LiFePO4 content on its performance // Journal of Renewable and Sustainable Energy. 2012. Vol. 4. Article 033114. https://doi.org/10.1063/1.4727929

18. Hu X., Huai Y., Lin Z., Suo J., Deng Z. A (LiFePO4 – AC) / Li4Ti5O12 Hybrid Battery Capacitor // Journal of the Electrochemical Society. 2007. Vol. 154, iss. 11. P. A1026–A1030. https://doi.org/10.1149/1.2779947

19. Cheng L., Liu H.-J., Zhang J.-J., Xiong H.M., Xia Y.-Y. Nanosized Li4Ti5O12 Prepared by Molten Salt Method as an Electrode Material for Hybrid Electrochemical Supercapacitors // Journal of the Electrochemical Society. 2006. Vol. 153, iss. 8. P. A1472–A1477. https://doi.org/10.1149/1.2204872

Поступила в редакцию: 
12.03.2021
Принята к публикации: 
14.04.2021
Опубликована: 
17.05.2021